Brug af sjældne jordarter til at overvinde begrænsninger ved solceller
Perovskit-solceller har fordele i forhold til nuværende solcelleteknologi. De har potentiale til at være mere effektive, er lette og koster mindre end andre varianter. I en perovskit-solcelle er perovskitlaget klemt inde mellem en transparent elektrode foran og en reflekterende elektrode bagpå cellen. Elektrodetransport- og hultransportlag er indsat mellem katode- og anodegrænsefladerne, hvilket letter ladningsopsamling ved elektroderne. Der er fire klassifikationer af perovskit-solceller baseret på morfologi, struktur og lagsekvens af ladningstransportlaget: regelmæssige plane, inverterede plane, regelmæssige mesoporøse og inverterede mesoporøse strukturer. Der er dog flere ulemper ved teknologien. Lys, fugt og ilt kan forårsage deres nedbrydning, deres absorption kan være uensartet, og de har også problemer med ikke-strålende ladningsrekombination. Perovskitter kan korroderes af flydende elektrolytter, hvilket fører til stabilitetsproblemer. For at realisere deres praktiske anvendelser skal der foretages forbedringer i deres effektomdannelseseffektivitet og driftsstabilitet. Nylige teknologiske fremskridt har dog ført til perovskit-solceller med en effektivitet på 25,5%, hvilket betyder, at de ikke er langt bagud i forhold til konventionelle silicium-solceller. Med dette formål er sjældne jordarter blevet undersøgt til anvendelse i perovskit-solceller. De besidder fotofysiske egenskaber, der overvinder problemerne. Brugen af dem i perovskit-solceller vil derfor forbedre deres egenskaber og gøre dem mere levedygtige til storstilet implementering af rene energiløsninger. Hvordan sjældne jordarter hjælper perovskit-solceller Der er mange fordelagtige egenskaber, som sjældne jordarter besidder, som kan bruges til at forbedre funktionen af denne nye generation af solceller. For det første er oxidations- og reduktionspotentialerne i sjældne jordarters ioner reversible, hvilket reducerer målmaterialets egen oxidation og reduktion. Derudover kan tyndfilmsdannelsen reguleres ved tilsætning af disse elementer ved at koble dem med både perovskitter og ladningstransportmetaloxider. Desuden kan fasestruktur og optoelektroniske egenskaber justeres ved substitutionelt at indlejre dem i krystalgitteret. Defektpassivering kan opnås med succes ved at indlejre dem i målmaterialet enten interstitielt ved korngrænserne eller på materialets overflade. Desuden kan infrarøde og ultraviolette fotoner omdannes til perovskit-responsivt synligt lys på grund af tilstedeværelsen af talrige energiske overgangsbaner i de sjældne jordarters ioner. Fordelene ved dette er todelte: det forhindrer, at perovskitterne bliver beskadiget af højintensivt lys, og det udvider materialets spektrale responsområde. Brugen af sjældne jordarter forbedrer stabiliteten og effektiviteten af perovskit-solceller betydeligt. Ændring af morfologier af tynde film Som tidligere nævnt kan sjældne jordarter ændre morfologien af tynde film bestående af metaloxider. Det er veldokumenteret, at morfologien af det underliggende ladningstransportlag påvirker perovskitlagets morfologi og dets kontakt med ladningstransportlaget. For eksempel forhindrer doping med sjældne jordarters ioner aggregering af SnO2-nanopartikler, der kan forårsage strukturelle defekter, og mindsker også dannelsen af store NiOx-krystaller, hvilket skaber et ensartet og kompakt lag af krystaller. Således kan tynde lagfilm af disse stoffer uden defekter opnås med doping med sjældne jordarter. Derudover spiller stilladslaget i perovskitceller, der har en mesoporøs struktur, en vigtig rolle i kontakterne mellem perovskit- og ladningstransportlaget i solcellerne. Nanopartiklerne i disse strukturer kan udvise morfologiske defekter og adskillige korngrænser. Dette fører til negativ og alvorlig ikke-strålende ladningsrekombination. Porefyldning er også et problem. Doping med sjældne jordarters ioner regulerer væksten af scaffoldet og reducerer defekter, hvilket skaber justerede og ensartede nanostrukturer. Ved at forbedre den morfologiske struktur af perovskit og ladningstransportlag kan sjældne jordarters ioner forbedre den samlede ydeevne og stabilitet af perovskit-solceller, hvilket gør dem mere egnede til store kommercielle anvendelser. Vigtigheden af perovskit-solceller kan ikke undervurderes. De vil give en overlegen energiproduktionskapacitet til en langt lavere pris end de nuværende siliciumbaserede solceller på markedet. Undersøgelsen har vist, at doping af perovskit med sjældne jordarters ioner forbedrer dets egenskaber, hvilket fører til forbedringer i effektivitet og stabilitet. Det betyder, at perovskit-solceller med forbedret ydeevne er et skridt tættere på at blive en realitet.
Opslagstidspunkt: 4. juli 2022 